Циркон

Циркон имеет формулу Zr(SiO)4. В циркон входят многочисленные примесные компоненты - редкоземельные элементы, а также Р, Y, Hf, U и Th.
Циркон - островной ортосиликат, в структуре которого изолированные SiO4-тертраэдры связаны вершинами и ребрами с ZrO8-додекаэдрами; тетраэдры и додекаэдры чередуются в шахматном порядке вдоль оси.

Циркон обычно кристаллизуется в виде тетрагональных кристаллов, обладающих хорошо проявленным свойством типоморфизма: в более щелочных горных породах образуются укороченные кристаллы, в кислых - удлиненные (рис. 1.43). Для циркона характерна зональность, которая особенно хорошо проявляется в растровом (сканирующем) электронном микроскопе (РЭМ) (рис. 1.44). Спайность обычно отсутствует. Циркон в шлифах как правило бесцветный или слабо розовато-буроватый, имеет очень высокий рельеф и яркие интерференционные окраски третьего порядка. Гаснет прямо, удлинение положительное, минерал одноосный, оптически положительный.

Вследствие разложения радиоактивных примесей, циркон часто окружен плеохроирующими ареолами (плеохроичными двориками): темными, когда он находятся в биотите, хлорите или роговой обманке и лимонно-желтыми - в кордиерите (рис. 1.45).

В кристаллах с высоким содержанием радиоактивных элементов структура циркона может быть разрушена частицами, образующимися при радиоактивном распаде. Разрушение может происходить вплоть до формирования аморфного оптически изотропного стекла, но с сохранением внешних кристаллографических форм циркона. В таких случаях говорят, что циркон метамиктный, т.е. подвергшийся метамиктному разрушению.

Циркон является весьма устойчивым минералом к термальному и барическому воздействию. Его разложение на составляющие оксиды происходит только при 1690°С (при 1 атм), хотя некоторые структурные изменения и превращения начинаются уже с 827°С.
Верхний предел устойчивости циркона но давлению составляет 20 ГПа, где устанавливается постепенный переход в его высокобарную модификацию - реидит со структурой шеелита. Эта фаза синтезирована в лабораторных условиях и обнаружена в выбросах метеоритного кратера в Чесапикском заливе (Нью Джерси, США).

Являясь механически прочным минералом, стабильным в широком диапазоне P-T условий, циркон присутствует в метаморфических, осадочных и магматических горных породах. Наибольшую распространенность он имеет в щелочных породах и гранитоидах. Радиоактивные разновидности циркона присутствуют в гранитных пегматитах.
В силу высокой прочности и термодинамической устойчивости циркон является уникальным контейнером минералов, захваченных при его росте. Благодаря находкам в цирконе алмаза и коэсита, устанавливается ультравысокобарное происхождение пород ряда метаморфических комплексов (например, Кокчетавский массив, Даби-Cyлу и др.). Анализ внутреннего строения циркона в совокупности с определением состава редких элементов помогает выделять и различать магматические и метаморфогенные генерации циркона.
Характерными особенностями цирконов магматического происхождения являются хорошо развитая ростовая осцилляторная зональность, крутые спектры распределения РЗЭ, отчетливо проявленные Ce и Eu аномалии, высокие содержания Hf и Y. В магматических породах наряду с кристаллами циркона, выросшими из расплава, могут сохраняться ксеногенные цирконы из твердого субстрата, испытавшего плавление.
Метаморфические цирконы (ядра и оболочки) отличаются от магматических по особенностям морфологии, внутреннего строения и характеру распределения РЗЭ (рис. 1.46).


Благодаря информативности морфологии, геохимии и изотопной геохимии (U-Pb и Lu-Hf системы, изотопный состав кислорода) циркон широко используется для решения широкого круга задач магматической и метаморфической петрологии.
Циркон является одним из ключевых минералов для установления изотопного возраста пород: изучение его U-Pb изотопной системы позволяет датировать процессы магматической и метаморфической кристаллизации циркона. Причем локальный метод вторично-ионной масс-спектрометрии позволяет определять в цирконе возраст формирования, геохимические и изотопные характеристики различных зон его роста. На основе этих данных можно реконструировать как историю развития кристалла (и породы), гак и субстрат, в котором находился циркон, В качестве примера таких исследований можно упомянуть самый древний датированный кристалл на Земле -пурпурно-красный циркон из метаконгломератов Джек Хилл в Австралии (рис. 1.47).
Циркон (рис. 1.47) обогащен легкими РЗЭ, в распределении которых присутствует отрицательная аномалия Eu, что также указывает на его кристаллизацию из гранитной магмы. В цирконе установлены микровключения кварца (размером около 20 мкм), подобные тем, которые встречаются в цирконах из гранитов в развитой континентальной коре. Изотопный состав кислорода этого древнего циркона соответствует значениям b18O от 5.0 до 7,4%. Мантийные цирконы (равновесные с мантийным субстратом при высоких температурах) имеют изотопный состав кислорода b18O = 5.3± 0.3%о. Появление в архейских цирконах более высоких значений b18O = 6.5-7.5% указывает на взаимодействие протолита цирконсодержащей магмы с поверхностными водами.

Этот пример подтверждает, что именно циркон является хранителем уникальной информации о самых ранних этапах становления континентальной коры.
Экспериментальные исследования показывают, что изоморфное замещение Ti <-> Si в цирконе контролируется смещенной реакцией:

которая сильно зависит от температуры. Эта зависимость легла в основу весьма популярного в настоящее время геотермометра «Ti-в-цирконе». Данный геотермометр широко используется при исследованиях магматических и метаморфических пород, содержащих циркон.